Organisation hi´ erarchique structur´ ee des fractures

I.3.2.1 Famille de fractures

Du fait de leur origine m´ecanique, les joints n’existent jamais seuls mais appartiennent toujours `a une famille. Une famille de fractures est un ensemble structur´e de fractures par-tageant n´ecessairement une origine g´en´etique commune ainsi que des caract´eristiques de fracturation similaires (telles que l’orientation, les dimensions, l’espacement, etc.). Ces derni`eres peuvent ˆetre d´ecrites quantitativement par des lois de distribution dont le type d´epend directement de la caract´eristique (National Research Council, 1996). De nom-breuses ´etudes ont ainsi ´et´e men´ees afin de d´eterminer le type de loi ad´equat `a chacune de ces caract´eristiques, essentiellement `a partir de mesures effectu´ees sur des affleurements analogues (Price, 1966; Hobbs, 1967; Ladeira et Price, 1981; Narr et Suppe, 1991; Gillespie et al., 1993; Pickering et al., 1995; National Research Council, 1996; Bonnet et al., 2001). Ladeira et Price (1981) relient l’espacement des joints `a l’´epaisseur des bancs en syst`eme

stratifi´e ainsi qu’aux propri´et´es m´ecaniques des roches. Les caract´eristiques d’une famille de fractures peuvent varier localement en fonction de la lithologie environnante et des propri´et´es p´etrophysiques associ´ees.

Les fractures au sein d’une mˆeme famille pr´esentent essentiellement deux types d’or-ganisation :

– les fractures de grandes dimensions, g´en´eralement de faible densit´e, sont essentielle-ment distribu´ees de fa¸con h´et´erog`ene au sein du volume rocheux ;

– les joints de faibles dimensions forment souvent des amas⁴ organis´es autour des fractures majeures.

Sagy et al. (2001) d´ecrivent les caract´eristiques d’une famille de fractures organis´ees en amas :

– d´eveloppement simultan´e de tr`es nombreuses fractures en ouverture, ´etroitement espac´ees et pr´esentant de nombreux branchements ;

– d´eveloppement d’ensemble de joints pseudo-conjugu´es ; – relation de conjugaison entre fractures ferm´ees.

Cependant, la forte densit´e des joints en amas observ´ee par Sagy et al. (2001) est en contradiction avec le concept de « zone d’ombre de r´eduction des contraintes ». D’autres m´ecanismes permettraient d’expliquer ces observations de haute densit´e de fracturation. Ainsi, Ladeira et Price (1981) proposent une fracturation hydraulique r´ep´et´ee pour inter-pr´eter ces faits ; tandis que Becker et Gross (1996) sugg`erent plutˆot une forte augmen-tation des contraintes locales. N´eanmoins, une meilleure compr´ehension de ce processus g´eologique est `a ce jour toujours n´ecessaire.

I.3.2.2 Syst`eme de fractures

Un syst`eme de fractures est constitu´e de l’ensemble des familles de fractures ayant une origine g´en´etique commune (i.e. cons´equentes d’un mˆeme ´episode tectonique ou s´ e-dimentaire), mais ne partageant pas n´ecessairement des caract´eristiques de fracturation similaires. Les fractures d’un mˆeme syst`eme sont la cons´equence de l’application d’un champ de contrainte commun. Par ailleurs, les caract´eristiques de fracturation peuvent ˆ

etre modifi´ees localement dans le cas de fractures tectoniques li´ees `a :

– une faille majeure : le mouvement d’une faille majeure perturbe localement le champ de contrainte. Elle favorise ainsi la formation d’une intense fracturation secondaire de petite ´echelle pr´esentant une orientation sp´ecifique : souvent parall`ele ou perpendi-culaire `a la faille majeure (Bl`es et Feuga, 1996; Du et Aydin, 1996; National Research Council, 1996; Ackermann et Schlische, 1997; Kattenhorn et al., 2000; Nelson, 2001; Peacock, 2001).

– un pli : des syst`emes de fractures sont reli´es g´eom´etriquement et m´ecaniquement aux plis form´es au sein de roches comp´etentes (Price, 1966; Ramsay, 1967; Bl`es et Feuga, 1996).

Ces perturbations locales, au sein d’un mˆeme syst`eme, se r´epercutent alors dans la d´ efi-nition des diff´erentes familles de fractures.

Syst`emes de joints Syst`emes de joints Syst`emes de joints orthogonaux dits « syst´ematiques » conjugu´es contemporains orthogonaux

Fig. I.5: Diff´erents styles d’architecture typique impliquant deux syst`emes de joints.

Par ailleurs, l’´etude de certains r´eservoirs naturellement fractur´es a permis de mettre en ´evidence les interactions des fractures d’un mˆeme syst`eme avec les limites de couches s´edimentaires, comme soulign´e pr´ec´edemment. Odling et al. (1999) d´efinissent ainsi deux types antagonistes de syst`emes de fractures :

– un syst`eme confin´e au sein de couches s´edimentaires, dit syst`eme « stratabound » ; – et un syst`eme recoupant les limites de couches s´edimentaires, dit syst`eme «

non-stratabound ».

Tout syst`eme de fractures peut alors ˆetre d´efini comme une combinaison de ces deux syst`emes extrˆemes (Odling et al., 1999).

I.3.2.3 R´eseau de fractures

La formation d’un syst`eme de fractures favorise et contrˆole l’initiation de syst`emes additionnels par le d´eveloppement de zones de concentration des contraintes assimilables `

a des zones de barri`eres au cours des phases tectoniques ou s´edimentaires suivantes. Ces syst`emes de fractures s’entrecroisent alors pour former un r´eseau (figure I.4). Aussi, il existe une tr`es large gamme de configurations possibles en ce qui concerne la structure g´eom´etrique relative `a de multiples syst`emes (Pollard et Aydin, 1988; Ruf et al., 1998; Fabbri et al., 2001; Eyal et al., 2001) (figure I.5). Plusieurs caract`eres sp´ecifiques per-mettent de d´eterminer la chronologie relative des diff´erents syst`emes : les relations d’arrˆet et interactions entre fractures, ainsi que le d´eveloppement de joints secondaires dus au d´eplacement cisaillant entre ceux pr´eexistants (Twiss et Moores, 1992).

Un r´eseau de fractures peut ˆetre form´e de diff´erents syst`emes (figure I.5) :

– syst´ematiques, dont la chronologie relative est ´evidente : les joints arrˆet´es appar-tiennent `a un ´episode tardif ;

– et/ou conjugu´es, dont la chronologie relative est parfois plus d´elicate `a d´eterminer, les syst`emes conjugu´es pouvant ˆetre form´es durant un ou plusieurs ´episodes g´ eolo-giques (Pollard et Aydin, 1988; Ruf et al., 1998; Bourne et Willemse, 2001; Eyal et al., 2001; Fabbri et al., 2001) ;

– et/ou orthogonaux, les fractures de ces syst`emes pr´esentent une chronologie simi-laire.

Les interactions entre syst`emes ont une influence d´eterminante sur l’espacement, le ph´enom`ene d’agr´egation5, les dimensions des joints et de ce fait sur leur connectivit´e (Na-tional Research Council, 1996).

L’ensemble de ces informations qualitatives disponibles `a partir d’observations de ter-rain permet l’enrichissement des donn´ees quantitatives en assurant leur compl´ementarit´e.